Revisión de los recientes avances en la impresión robótica de implantes quirúrgicos que promueven la regeneración del cartílago.

22 de junio de 2023 feature

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por Ingrid Fadelli, Tech Xplore

A lo largo de sus vidas, algunos seres humanos pueden perder parcial o totalmente la capacidad de mover las extremidades debido a daños en su cartílago, los tejidos conectivos flexibles que amortiguan los huesos. Esto puede deberse a enfermedades degenerativas, como la osteoartritis, o lesiones físicas.

El daño al cartílago puede causar dolor y discapacidad significativos, afectando negativamente la calidad de vida de las personas afectadas. Los procedimientos quirúrgicos existentes diseñados para reparar este daño o reducir su impacto logran resultados limitados en general, con los pacientes reportando muy pocos beneficios y sin o con pocos efectos a largo plazo.

Por lo tanto, investigadores médicos e ingenieros han intentado idear alternativas terapéuticas destinadas a reparar el daño al cartílago de manera más efectiva. En los últimos años, la biimpresión 3D, que se basa en impresoras avanzadas para crear sistemas bioquímicos y biofísicos tridimensionales, ha surgido como una solución prometedora para crear sistemas que puedan promover la regeneración de los tejidos.

Recientemente, investigadores de la Universidad de Manchester, la Universidad Tecnológica de Nanyang y otras universidades de todo el mundo revisaron trabajos recientes destinados a utilizar la biimpresión para ingeniería de reparación de tejido cartilaginoso. Su artículo de revisión, publicado en la Revista Internacional de Manufactura Extrema, destaca tanto las ventajas como las limitaciones potenciales de esta solución emergente.

'La biimpresión 3D se ha utilizado para fabricar entornos bioquímicos y biofísicos que tienen como objetivo recapitular el microentorno nativo y promover la regeneración de los tejidos', escribieron Yaxin Wang, Ruben Pereira y sus colegas en su artículo. 'Sin embargo, la biimpresión convencional in vitro tiene limitaciones debido a los desafíos asociados con la fabricación e implantación de construcciones impresas y la integración con el tejido cartilaginoso nativo'.

Inicialmente, los investigadores intentaron utilizar la tecnología de biimpresión 3D para crear sistemas que luego pudieran ser implantados en el cuerpo humano, replicando la función de los sistemas biológicos y promoviendo la regeneración del cartílago dañado. Estos enfoques, conocidos como enfoques in vitro, pueden tener limitaciones significativas, ya que los sistemas creados pueden ser difíciles de implantar o no ser bien recibidos por el cuerpo de los pacientes, integrándose mal con su cartílago biológico.

Algunos equipos han estado explorando recientemente el potencial de un enfoque alternativo, conocido como biimpresión in situ, que podría evitar estos problemas. En su artículo de revisión, Wang, Pereira y sus colegas resumieron los trabajos existentes que evaluaron este enfoque, particularmente sus implementaciones utilizando herramientas robóticas.

'La biimpresión in situ es una estrategia novedosa para suministrar directamente biomateriales al sitio anatómico deseado y tiene el potencial de superar las principales limitaciones asociadas con la biimpresión convencional', escribieron los investigadores. 'En esta revisión, nos centramos en la nueva frontera de los sistemas quirúrgicos de biimpresión in situ asistidos por robots para la regeneración del cartílago'.

Wang, Pereira y sus colegas examinaron diferentes enfoques propuestos de biimpresión in situ asistidos por robots, algunos de los cuales son mínimamente invasivos y otros no invasivos. Dado que las cirugías abiertas pueden tener complicaciones significativas, estos enfoques serían particularmente deseables, aunque aún se encuentran en etapas muy tempranas de desarrollo.

Cuando revisaron los esfuerzos anteriores en esta área, encontraron que el uso de boquillas de impresión rígidas o semirrígidas podría aumentar considerablemente la complejidad de estos procedimientos, por lo que los sistemas robóticos flexibles con alto grado de libertad podrían ser una alternativa valiosa. Algunos investigadores también intentaron idear enfoques que se basan en la tecnología digital de infrarrojo cercano para imprimir estructuras similares a las orejas directamente en el cuerpo de un paciente, aunque este enfoque es mucho más difícil, si no imposible, de implementar dentro del cuerpo.

Otros enfoques in situ propuestos para promover la regeneración del cartílago se basan en el uso de micro-robots que pueden ingresar al cuerpo sin dañarlo, realizando los procedimientos deseados. Estos robots podrían, por ejemplo, suministrar células madre o sustancias en sitios lesionados dentro del cuerpo, aunque también podrían integrarse potencialmente con herramientas de biimpresión 3D para imprimir sistemas biológicos directamente en regiones específicas.

While all these approaches could be promising, several challenges will need to be overcome and many trials will need to be carried out before they can be tested on humans and introduced in clinical settings. The recent paper by Wang, Perreira and his colleagues offers a broad overview of the stage at which these promising strategies are today, while also highlighting areas ways in which they could be developed further in the future.

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